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【熱點(diǎn)】(下)電機年產(chǎn)超10億臺,BLDC電機滲透率有望持續提升!什么是BLDC電機

來(lái)源:電機通 瀏覽次數:3320 發(fā)布時(shí)間:2022-02-24

無(wú)刷直流電機有以下特點(diǎn)


無(wú)刷直流電機的外特性好,能夠在低速下輸出大轉矩,使得它可以提供大的起動(dòng)轉矩;
無(wú)刷直流電機的速度范圍寬,任何速度下都可以全功率運行;
無(wú)刷直流電機的效率高、過(guò)載能力強,使得它在拖動(dòng)系統中有出色的表現;
無(wú)刷直流電機的再生制動(dòng)效果好,由于它的轉子是永磁材料,制動(dòng)時(shí)電機可以進(jìn)入發(fā)電機狀態(tài);
無(wú)刷直流電機的體積小,功率密度高;
無(wú)刷直流電機無(wú)機械換向器,采用全封閉式結構,可以防止塵土進(jìn)入電機內部,可靠性高;
無(wú)刷直流電機比異步電機的驅動(dòng)控制簡(jiǎn)單。



三、無(wú)刷直流電機工作原理



無(wú)刷直流電機的定子是線(xiàn)圈繞組電樞,轉子是永磁體。如果只給電機通以固定的直流電流,則電機只能產(chǎn)生不變的磁場(chǎng),電機不能轉動(dòng)起來(lái),只有實(shí)時(shí)檢測電機轉子的位置,再根據轉子的位置給電機的不同相通以對應的電流,使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉磁場(chǎng),電機才可以跟著(zhù)磁場(chǎng)轉動(dòng)起來(lái)。

如圖2所示為無(wú)刷直流電機的轉動(dòng)原理示意圖,為了方便描述,電機定子的線(xiàn)圈中心抽頭接電機電源 POWER,各相的端點(diǎn)接功率管,位置傳感器導通時(shí)使功率管的 G極接 12V,功率管導通,對應的相線(xiàn)圈被通電。由于三個(gè)位置傳感器隨著(zhù)轉子的轉動(dòng),會(huì )依次導通,使得對應的相線(xiàn)圈也依次通電,從而定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也不斷地變化,電機轉子也跟著(zhù)轉動(dòng)起來(lái),這就是無(wú)刷直流電機的基本轉動(dòng)原理——檢測轉子的位置,依次給各相通電,使定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向連續均勻地變化。

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圖2:無(wú)刷直流電機轉動(dòng)原理示意圖

為了方便理解,本文以下內容統一用如下圖所示的這兩種符號作為模型簡(jiǎn)介,圖 A為電機轉子和定子在同一圓心上,圖B 為不同一圓心上,是為了方便說(shuō)明電機內部磁場(chǎng)。

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無(wú)刷直流電機結構示意圖

電動(dòng)機的定子繞組多做成三相對稱(chēng)星形接法,同三相異步電動(dòng)機十分相似。電動(dòng)機的轉子上粘有已充磁的永磁體 ,為了檢測電動(dòng)機轉子的極性,在電動(dòng)機內裝有位置傳感器。驅動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構成,其功能是:接受電動(dòng)機的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號,以控制電動(dòng)機的啟動(dòng)、停止和制動(dòng);接受位置傳感器信號和正反轉信號,用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷,產(chǎn)生連續轉矩;接受速度指令和速度反饋信號,用來(lái)控制和調整轉速;提供保護和顯示等等。

直流電機具有響應快速、較大的起動(dòng)轉矩、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能,但直流電機的優(yōu)點(diǎn)也正是它的缺點(diǎn),因為直流電機要產(chǎn)生額定負載下恒定轉矩的性能,則電樞磁場(chǎng)與轉子磁場(chǎng)須恒維持90°,這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機轉動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會(huì )造成組件損壞之外,使用場(chǎng)合也受到限制。交流電機沒(méi)有碳刷及整流子,免維護、堅固、應用廣,但特性上若要達到相當于直流電機的性能須用復雜控制技術(shù)才能達到?,F今半導體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多,提升驅動(dòng)電機的性能。微處理機速度亦越來(lái)越快,可實(shí)現將交流電機控制置于一旋轉的兩軸直角坐標系統中,適當控制交流電機在兩軸電流分量,達到類(lèi)似直流電機控制并有與直流電機相當的性能。

此外已有很多微處理機將控制電機必需的功能做在芯片中,而且體積越來(lái)越??;像模擬/數字轉換器(analog-to-digital converter,adc)、脈沖寬度調制(pulse wide modulator,pwm)…等。直流無(wú)刷電機即是以電子方式控制交流電機換相,得到類(lèi)似直流電機特性又沒(méi)有直流電機機構上缺失的一種應用。

四、無(wú)刷直流電機的驅動(dòng)方法

無(wú)刷直機電機的驅動(dòng)方式按不同類(lèi)別可分多種驅動(dòng)方式,它們各有特點(diǎn)。

1.按驅動(dòng)波形:方波驅動(dòng),這種驅動(dòng)方式實(shí)現方便,易于實(shí)現電機無(wú)位置傳感器控制;

2.正弦驅動(dòng):這種驅動(dòng)方式可以改善電機運行效果,使輸出力矩均勻,但實(shí)現過(guò)程相對復雜。同時(shí),這種方法又有 SPWM 和 SVPWM(空間矢量 PWM)兩種方式,SVPWM的效果好于 SPWM。

五、無(wú)刷直流電機應用領(lǐng)域

應用領(lǐng)域一,辦公計算機外圍設備、電子數碼消費品領(lǐng)域。

這是無(wú)刷直流電機普及最廣、數量最大的領(lǐng)域。比如在生活中常見(jiàn)的打印機、傳真機、復印機、硬盤(pán)驅動(dòng)器、軟盤(pán)驅動(dòng)器、電影攝影機、磁帶記錄儀等,在它們的主軸和附屬運動(dòng)的帶動(dòng)控制中,都有無(wú)刷直流電機的身影。

應用領(lǐng)域二,工業(yè)控制領(lǐng)域。

近些年,由于無(wú)刷直流電機大規模的研發(fā)和技術(shù)的逐漸成熟,其驅動(dòng)系統在工業(yè)生產(chǎn)中的分布范圍也隨之擴大,已逐步成為工業(yè)用電動(dòng)機的發(fā)展主流。圍繞降低生產(chǎn)成本和提高運行效率而展開(kāi)的研究與嘗試已取得顯著(zhù)的效益,各大廠(chǎng)商也提供不同型號的電機以滿(mǎn)足不同驅動(dòng)系統的需求?,F階段在紡織、冶金、印刷、自動(dòng)化生產(chǎn)流水線(xiàn)、數控機床等工業(yè)生產(chǎn)方面,無(wú)刷直流電機都有涉獵。

應用領(lǐng)域三,醫療設備領(lǐng)域。

在國外,對無(wú)刷直流電機的使用已經(jīng)較為普遍,可以用來(lái)驅動(dòng)人工心臟中的小型血泵;在國內,手術(shù)用高速器具的高速離心機、熱像儀和測溫儀的紅外激光調制器都使用了無(wú)刷直流電機。

應用領(lǐng)域四,汽車(chē)領(lǐng)域。

據分析在市面上,一般的家用轎車(chē)需要永磁電機 20-30 個(gè),而每輛豪華轎車(chē)則需要59個(gè)之多,除了核心發(fā)動(dòng)機外,在雨刷器、電動(dòng)車(chē)門(mén)、汽車(chē)空調、電動(dòng)車(chē)窗等部位都有電機的身影。隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)向著(zhù)節能環(huán)保的方向發(fā)展,所使用的電機也必須滿(mǎn)足高效率、低能耗的標準。而無(wú)刷直流電機的低噪聲、壽命長(cháng)、無(wú)火花干擾、方便集中控制等優(yōu)點(diǎn)完全符合,隨著(zhù)其調速技術(shù)的日益成熟,性?xún)r(jià)比會(huì )越來(lái)越高,它在汽車(chē)電機驅動(dòng)的各個(gè)環(huán)節中的應用會(huì )更加廣泛。

應用領(lǐng)域五,家用電器領(lǐng)域。

“變頻”技術(shù)已非常普遍,作為中國家電的標志逐漸占據了大部分的消費市場(chǎng),“直流變頻”受到生產(chǎn)廠(chǎng)商的青睞,已有逐漸替換掉“交流變頻”的轉變趨勢。這種轉變實(shí)質(zhì)上就是家電所用的電動(dòng)機由感應電動(dòng)機向無(wú)刷直流電機及其控制器的過(guò)渡,以達到節能環(huán)保、低噪智能、舒適性高的要求。無(wú)刷直流電機的發(fā)展方向與電力電子、傳感器、控制理論等技術(shù)的發(fā)展方向相同,它是多種技術(shù)相結合的產(chǎn)物,它的發(fā)展取決于與之相關(guān)的每一種技術(shù)的革新與進(jìn)步。



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